法拉第的歸納定律描述了電流如何產生磁場，相反磁場生成一個電流在導體中。根據1831年發現磁性吸引力的英國物理學家邁克爾·法拉迪德克薩斯大學奧斯汀分校。
不可能誇大法拉第發現的重要性。磁感應使電動機，發電機和變壓器構成現代技術的基礎。通過理解和使用誘導，我們擁有電網以及我們插入其中的許多東西。
根據聖心大學。麥克斯韋的方程是由蘇格蘭物理學家James Clerk Maxwell開發的，以解釋電力和磁性之間的關係，從本質上將它們團結成單個電磁力並描述電磁波構成無線電波，可見光和X射線。
有關的：9個改變世界的方程式
電
電荷是物質的基本特性，該特性控制著該物質中的某些基本粒子如何受電場或磁場影響大不列顛。堪薩斯州匹茲堡州立大學物理學教授，襯線王文對本地點指控的電場（即位於空間單點的假設電荷）告訴Live Science，這是相對簡單的。他將其描述為在各個方向上都同樣輻射，例如裸露燈泡的光，並且隨著距離的反向平方而降低強度（1/r2根據庫侖定律佐治亞州立大學。當您移動兩倍的遠距離時，場的強度會降至四分之一，而當您移動三倍時，它會降至第九。
質子具有正電荷，而電子具有負電荷。但是，質子大部分被固定在原子的核，因此我們熟悉的大多數電流都來自電子。根據導電材料（例如金屬）中的電子，在很大程度上可以自由地從一個原子移到其傳導帶，這是最高的電子軌道。奧斯汀社區學院。根據，足夠的電動力或電壓會產生電荷不平衡，該電荷不平衡會導致電子從電荷更大的區域移動到更正電荷的區域。愛荷華州立大學。這是我們認為是電流的動作。
磁性
要了解法拉第的歸納定律，對磁場有基本的理解很重要。磁場比電場更複雜。雖然可以單獨存在正電荷和負電荷，但磁極總是成對的 - 一個北部和一個南方波士頓大學。通常，從亞原子顆粒到工業大小的磁鐵，再到行星和恆星，各種尺寸的磁鐵都是偶極子，這意味著每個磁極都有兩個桿子。這些桿子被指向指南針指向的方向稱為北部和南方。有趣的是，對面的桿子吸引並像桿一樣排斥，因此地球的磁性北極實際上是南磁極，因為它吸引了指南針的北極。
根據磁場通常被描述為磁通線佛羅里達州立大學。在磁鐵的情況下，磁通線從北極退出並彎曲到南極重新進入。在此模型中，穿過空間中給定表面的通量線的數量代表磁通密度或場的強度。但是，值得注意的是，這只是一個模型。磁場平滑且連續，實際上不包括離散線。
地球的磁場會產生大量的磁通量，但在大量空間中分散。因此，只有少量通量通過給定的區域，導致場相對較弱。與地球相比，冰箱磁鐵的通量很小，但是在近距離範圍內，其磁場強度更強，其通量線更密集。演講由UMass Lowell物理學家Jean-FrançoisMillithaler。但是，隨著您的移動，該領域很快變得越來越弱。
就職
如果您通過電流運行電流，它將在電線周圍產生磁場。該磁場的方向可以由所謂的右手規則確定。根據物理部門的說法布法羅州立大學紐約，如果您伸出拇指並捲曲右手的手指，則拇指指向電流的正方向，並在磁場的北方方向捲曲。
如果將電線彎曲成循環，則磁場線將與它彎曲，形成環形或甜甜圈形狀。在這種情況下，您的拇指指向磁場的北方，從環的中心出來，而手指指向環中電流的正方向。
如果您通過磁場中的電線環將電流運行，則這些磁場的相互作用將在環上施加扭曲的力或扭矩，從而使其旋轉。羅切斯特技術學院。但是，它只會旋轉到遠處，直到磁場對齊為止為止 - 也就是說，它會來回擺動而不是旋轉。為了使循環繼續旋轉，您必須逆轉電流的方向，這將從環上逆轉磁場的方向。然後，循環將旋轉180度，直到其場沿另一個方向對齊。這是電動機的基礎。
相反，如果您在磁場中旋轉電線環，則該場將誘導電流中的電流。電流的方向每半彎會逆轉，產生交替的電流。德克薩斯大學奧斯汀分校。這是發電機的基礎。重要的是，不是電線的運動，而是循環相對於磁場方向的開口和閉合，而是誘導電流。當循環面向田間時，最大通量量通過循環。但是，當循環轉到字段時，沒有通量線穿過循環。正是通過循環的通量量的這種變化引起了電流。
另一個實驗涉及將電線形成循環，並將末端連接到敏感電流計或電流計。如果然後將條形磁鐵推到循環中，則儀表儀中的針頭將移動，表明誘導的電流。但是，一旦停止磁鐵的運動，電流就會返回為零。僅在增加或減少時，磁鐵的場才會誘導電流。如果將磁鐵拉回去，它將再次引起電線中的電流，但這一次，它將朝相反的方向佛羅里達大學。
如果要在電路中放置一個燈泡，它將以光和熱量的形式消散電能，當您將其移入和從環上移出時，您會對磁鐵的運動有抵抗力。要移動磁鐵，您必須進行與燈泡所使用的能量相同的工作。
在另一個實驗中，您可以構造兩個電線環，將一個帶有開關的末端連接到電池的末端，然後將另一個環的末端連接到電力計。如果將兩個循環在面對面的方向上彼此接近，然後將功率打開到第一個循環，則連接到第二個環的電量計將表示誘發的電流，然後迅速返回到零。加利福尼亞大學聖塔芭芭拉。
這裡發生的事情是，第一個循環中的電流會產生一個磁場，進而誘導第二個環中的電流 - 但僅在磁場變化時瞬間。當您關閉開關時，儀表將瞬間沿相反方向偏轉。這進一步表明，誘導電流的強度而不是其強度或運動的強度的變化。
對此的解釋是，磁場會導致導體中的電子移動。這是我們所知道的電流。但是，最終，電子達到與田間平衡的點，這時它們將停止移動。然後，當刪除場或關閉場時，電子將流回其原始位置，從而在相反的方向上產生電流。
與重力場或電場不同，磁性偶極場是一個更複雜的3D結構，根據測量位置的強度和方向而變化，因此它需要微積分才能充分描述它。但是，我們可以描述一個均勻磁場的簡化情況，例如，非常大的磁場的一小部分 - 如φb=BA，其中φb是磁通量的絕對值，b是該領域的力量，一個是一個定義的區域，該區域通過該區域。東伊利諾伊大學。相反，在這種情況下，磁場的強度是每單位區域的通量，或b=φb/一個。
法拉第定律
現在，我們對磁場有了基本的了解，我們準備定義法拉第的歸納定律。它指出，電路中的誘導電壓與通過該電路的磁通量隨時間的變化速率成正比。倫斯勒理工學院。換句話說，磁場變化的速度越快，電路中的電壓越大。磁場中變化的方向決定了電流的方向。
我們可以通過向電路添加更多循環來增加電壓。帶有兩個循環的線圈中的誘導電壓將是一個循環的兩倍，而三個循環將是三倍。這就是為什麼真正的電動機和發電機通常具有大量線圈的原因。
從理論上講，電動機和發電機是相同的。如果您轉動電動機，它將發電，如果將該電壓塗在發電機上，它將轉動。但是，大多數真正的電動機和發電機僅針對一個函數進行了優化。
變壓器
法拉第歸納定律的另一個重要應用是變壓器，由尼古拉·特斯拉。在此設備中，通過包裹在磁芯周圍的線圈發送了交流電（每秒多次改變方向）。根據核心的磁場，這會產生變化的磁場，從而根據包裹在同一磁芯的不同部分的第二個線圈中誘導電流。密爾沃基地區技術學院。
線圈中的旋轉數比確定輸入電流和輸出電流之間的電壓比。例如，如果您將輸入側100圈的變壓器和輸出側的50圈乘以250伏的交替電流，則輸出為110伏。根據佐治亞州立大學，變壓器不能增加功率，這是電壓和電流的產物。因此，如果電壓升高，電流會按比例降低，反之亦然。在我們的示例中，在10安培或2,200瓦的220伏的輸入中，將在20安培時產生110伏的輸出，再次，2,200瓦。實際上，變壓器從來都不是非常有效的，但是設計良好的變壓器通常只有幾個百分之幾的功率損失。德克薩斯大學奧斯汀分校。
變形金剛使我們成為工業和技術社會依賴的電網。越野傳輸線以數十萬伏的電壓運行，以便在電線的電流攜帶極限內傳遞更多的功率。使用分配變電站的變壓器反复逐漸降低該電壓，直到到達您的房屋為止，最終將其降至220和110伏，可以運行您的電爐和計算機。
現場科學撰稿人阿什利·哈默（Ashley Hamer）於2022年2月7日更新了這篇文章。
其他資源
- 為了視覺展示法拉第定律，查看此視頻來自PhysicsHigh YouTube頻道。
- 查看右手規則的工作原理互動活動來自田納西大學諾克斯維爾大學。
- 從中了解歸納這個經典的理查德·費曼（Richard Feynman）演講，由加州理工學院提供。
參考書目
理查德·菲茨帕特里克（Richard Fitzpatrick），《法拉第法》，德克薩斯大學奧斯汀分校，2007年7月14日。https://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node85.html
Lindsay Guilmette，“麥克斯韋方程的歷史”，聖心大學，2012年。https://digitalcommons.sacredheart.edu/cgi/cgi/viewcontent.cgi?Referer=&httpsredir=1&article=1002&context=wac_prize
佐治亞州立大學，“庫侖定律”。https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elefor.html#c1
奧斯汀社區學院，“本·富蘭克林應該說電子是積極的？錯了。”https://www.austincc.edu/wkibbe/truth.htm
愛荷華州立大學，“電壓”。https://www.nde-ed.org/physics/electricity/electricalcurrent.xhtml
波士頓大學，“磁場”。https://physics.bu.edu/~duffy/sc526_notes09/b_field.html
佛羅里達州立大學，“發電機和電動機”，2015年。https://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/generators/
Jean-FrançoisMillithaler，“第8章：磁與電磁主義”，Umass Lowell。https://faculty.uml.edu//jeanfrancois_millithaler/funelec/spring2017/pdf/ch8%20-%20-%20magnetism%20N%20N%20lectromagnetism.pdf
布法羅州立大學紐約，“右手規則：找到磁力方向的指南”。https://physicsed.buffalostate.edu/seatexpts/resource/rhr/rhr.htm
邁克爾·里士滿（Michael Richmond），“磁性扭矩和AMP定律”，羅切斯特理工學院。https://spiff.rit.edu/classes/phys213/lectures/amp/amp/amp_long.html
理查德·菲茨帕特里克（Richard Fitzpatrick），“交替的當前發電機”，德克薩斯大學奧斯汀分校，2007年7月14日。https://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node90.html
佛羅里達大學，“誘發電流的方向”。https://www.phys.ufl.edu/courses/phy2049/f07/lectures/2049_ch30b.pdf
加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校，“線圈和電量計的相互吸收”。https://web.physics.ucsb.edu/~lecturedemnstrations/composer/pages/72.48.html
伊利諾伊州東部大學，《法拉第法》，2011年2月15日。https://ux1.eiu.edu/~cblehman/phy1161/0handouts_sp11/phy1161lect14_faraday_law_law_handout_handout_short.pdf
多麗絲·珍妮·瓦格納（Doris Jeanne Wagner），“磁性和誘導電流簡介”，倫斯勒理工學院，2002年。https://www.rpi.edu/dept/phys/scit/informationstorage/faraday/magnetism_a.html
佐治亞州立大學，“變壓器”。https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/transf.html
吉姆·米哈爾（Jim Mihall），“電磁誘導”，密爾沃基地區技術學院，2016年。https://ecampus.matc.edu/mihalj/scitech/unit3/induction/induction.htm
理查德·菲茨帕特里克（Richard Fitzpatrick），《變形金剛》，德克薩斯大學奧斯汀分校，2007年7月14日。https://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node106.html
